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Introducción El exceso de velocidad es identificado a nivel mundial como uno de los principales precursores y agravantes de los accidentes viales. La velocidad alta incrementa las posibilidades de la pérdida del control del vehículo, compromete el tiempo de reacción del conductor y aumenta la distancia necesaria para frenar, entre otros efectos negativos. Se estima que la tercera parte de los siniestros con víctimas mortales se debieron a esta situación. Por lo anterior, la observancia de los reglamentos de tránsito, referente a los límites de velocidad, es de suma importancia para el mejoramiento de la seguridad vial. El control de la velocidad es una tarea difícil que requiere la acción decidida que involucre tanto a las autoridades como a la sociedad civil, para lo cual se implementan diversas acciones de concientización de los conductores sobre los riesgos que conlleva el circular a velocidades inapropiadas, así como el uso de tecnologías para la vigilancia del tránsito de vehículos y la correspondiente penalización en los casos de incumplimiento. Aun cuando los vehículos de autotransporte de carga y pasaje circulan en menor proporción que los automóviles y otros vehículos ligeros y representan un porcentaje menor de involucramiento en accidentes, ameritan especial atención. Lo anterior, debido a que, por sus grandes dimensiones y magnitud de peso, poseen mayor potencial para causar daños al participar en hechos de tránsito, sin importar si son o no los responsables. Por tanto, una alternativa para evitar que los vehículos comerciales y autobuses sobrepasen los límites de velocidad es la aplicación de dispositivos conocidos como gobernadores o limitadores de la velocidad. Algunos de estos sistemas operan para indicar, mediante señales acústicas y/o visuales, cuando se sobrepasa la velocidad preestablecida, mientras que otros tienen una participación más activa por su capacidad para regular la velocidad y actúan sobre la entrega de potencia del motor para evitar que la velocidad se exceda. Otro escenario frecuente de siniestros que involucran vehículos pesados, es el descenso en pendientes. Lo anterior debido a la falla del sistema de frenos de servicio, cuyo uso constante para evitar que la velocidad se incremente calienta y degrada los elementos de fricción, por un lado, o generan insuficiencia en el suministro de aire comprimido para su accionamiento, con la pérdida de la capacidad de frenado que los deja inoperantes, en ambos casos. Situaciones como éstas han quedado de manifiesto en una gran cantidad de eventos con consecuencias catastróficas, en términos de pérdidas de vidas humanas, lesiones y daños materiales. Los sistemas auxiliares de frenos libres de fricción, entre los que destacan los conocidos como frenos de motor y los retardadores, son una alternativa para reducir la velocidad de avance de los vehículos pesados. Estos sistemas ayudan a disminuir el uso de los frenos de servicio, que se mantienen en buenas condiciones para situaciones extremas donde sea necesario detener rápidamente al vehículo. Con el fin de mejorar la seguridad en sus carreteras, diversos países han establecido el uso obligatorio tanto de gobernadores de la velocidad, como de sistemas de frenos auxiliares en los vehículos pesados. En algunos casos, sus normativas indican las capacidades y características que deben cumplir, así como la forma de evaluar la conformidad. En el caso de México, la normativa menciona que los tractocamiones utilizados en configuraciones doblemente articuladas deberán ser gobernados en su velocidad a través de la computadora del motor, mientras que los frenos auxiliares son obligatorios para todos los camiones, autobuses y tractocamiones que circulen por carreteras federales y con peso bruto vehicular a partir de 7257 kg. Sin embargo, la normativa no estipula las características que estos sistemas deben tener ni describe el proceso de verificación del cumplimiento y de su adecuado funcionamiento. Otro aspecto a considerar es la falta de homologación de estos criterios con los reglamentos estatales, asegurando así, que todos los vehículos cumplan con requisitos indispensables para la seguridad vial. En este artículo se describen las generalidades del funcionamiento de los gobernadores de la velocidad y de los sistemas de freno auxiliares, dando mayor difusión sobre sus características de operación y su potencial aporte a la seguridad vial. De esta manera, se busca contribuir al análisis para su implementación de forma masiva en los vehículos de autotransporte que recorren el país. La velocidad como detonante de accidentes viales Se estima que entre el 80 y el 90% de los siniestros que ocurren en las carreteras del mundo tienen por causa el factor humano, siendo el exceso de velocidad una de las condiciones atribuibles a los conductores más recurrentes con consecuencias de mayor gravedad. Esta condición no solamente se refiere al hecho de sobrepasar los límites de velocidad establecidos por los reglamentos de tránsito, sino también a desplazarse a velocidades inapropiadas para las condiciones del camino, como puede ser la poca visibilidad debido a niebla, tolvaneras o la oscuridad de la noche; o la baja adherencia de los neumaticos con la superficie de rodadura por lluvia, nieve o hielo, entre otras. Tan solo en los Estados Unidos murieron 11258 personas durante el año 2020 a causa del exceso de velocidad y, durante las últimas dos décadas, un tercio de las fatalidades en accidentes de tránsito estuvieron relacionadas con esta circunstancia, [1]. El exceso de velocidad genera una serie de situaciones que pueden dirigir a la ocurrencia de accidentes y/o hacer mucho más severas sus consecuencias. Debido a que se aumenta el riesgo de pérdida de control direccional del vehículo, la percepción del entorno por parte del conductor cambia y se reduce su tiempo de reacción ante eventos inesperados, por lo que la probabilidad de sufrir lesiones de mayor gravedad se incrementa con la velocidad. De acuerdo con algunos estudios, la probabilidad de sufrir lesiones graves durante una colisión a 30 km/h es menor al 20 %, mientras que para una velocidad superior a 50 km/h la probabilidad puede superar el 80 %, [2]. Otro aspecto importante al conducir a velocidades altas es el incremento en la distancia necesaria para lograr la detención del vehículo, la cual incluye el recorrido durante el tiempo de reacción del conductor (entre que percibe la necesidad de detener la marcha hasta que acciona el mecanismo de frenado), más la distancia propia durante el evento de frenado. Como referencia general, en la Figura 1 se ilustran las distancias requeridas para la detención de un vehículo ligero a diferentes velocidades, incluyendo la distancia de reacción para un periodo de 1 segundo y la distancia de frenado. Debe observarse que la distancia de detención no se incrementa de forma lineal con la velocidad, ya que para 50 km/h son necesarios 24 m, mientras que para 90 km/h la distancia aumenta a 57 m y para 120 km/h a 90 m.
Fuente: Viceministerio de Transporte de El Salvador, [3] Figura 1. Representación del comportamiento de la distancia de detención de un vehículo para diferentes velocidades de avance
Los vehículos de carga pesada y autobuses representan casos especiales que ameritan mayor atención para su análisis. La magnitud de su energía cinética al moverse es proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad de desplazamiento, por lo que al verse involucrados en accidentes tienen mayor potencial de ocasionar daño, se estima que la severidad de los incidentes con vehículos pesados como participantes es hasta 2.5 veces más que en aquellos donde solo participan vehículos ligeros, [4]. Respecto a la siniestralidad, registros estadísticos de Australia muestran que este tipo de vehículos representan el 2.5 % del total registrado, pero están involucrados en el 18 % de los accidentes fatales, [5]. En México, los vehículos de autotransporte representan el 22 % del parque vehicular, [6] y, entre los años del 2010 al 2015, su participación en siniestros en carreteras de jurisdicción federal se incrementó de un 23.5 % a 26.9 %, siendo el exceso de velocidad el detonante en alrededor del 30 % de los casos, [7]. Límites de velocidad Con el fin de mantener la seguridad en las carreteras, se establecen límites de velocidad de acuerdo a sus características de diseño y al entorno que las rodea. La Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda que los límites de velocidad deben ser de 100 a 120 km/h para carreteras y autopistas, de 60 km/h para caminos secundarios, de 50 km/h para zonas urbanas y, para zonas residenciales, de 30 km/h, [8]. El Reglamento de Tránsito en Carreteras y Puentes de Jurisdicción Federal en México define límites de velocidad de 80 km/h para vehículos de carga, 95 km/h para autobuses y 110 km/h para automóviles y vehículos ligeros, [9]. Además de esos límites para carreteras federales, la Ley General de Movilidad y Seguridad Vial (LGMSV), que entró en vigor recientemente, especifica un límite de 30 km/h en calles secundarias y calles terciarias, de 50 km/h en avenidas primarias sin acceso controlado, de 80 km/h en carriles centrales de avenidas de acceso controlado, de 80 km/h en carreteras estatales fuera de zonas urbanas y de 50 km/h dentro de zonas urbanas, [10]. La conducción a altas velocidades tiene origen en diversos factores, como la impaciencia o la temeridad de algunos conductores o conductoras, el anonimato que conductores(as) pudiesen sentir al creerse que no pueden ser identificados(as), lo que les pudiese incitar a conducir a mayores velocidades, o, simplemente el no querer acatar la ley, [1]. A éstos se puede agregar la sensación de seguridad que ofrecen los vehículos modernos por sus mejores prestaciones de desempeño y la sofisticación de su equipamiento. En el caso de vehículos comerciales, la principal causa del exceso de velocidad se atribuye a la premura por la recepción y la entrega de las cargas. Hacer cumplir los límites de velocidad resulta una tarea difícil de llevar a cabo. Para lograr ese fin se ha recurrido a diversas estrategias que incluyen campañas de concientización dirigidas a los conductores y operativos de vigilancia con el uso de radares o mediante el uso de la tecnología a través de sensores y cámaras colocados sobre las carreteras, que registran velocidades de circulación y, en su caso, emiten multas de forma automática al detectar infracciones al reglamento. Ejemplo de aplicación de estrategias de ese tipo se presentan en la Figura 2, que muestra el uso de radar para verificar la velocidad de circulación y una estación ITS (Intelligent Transportation System) para registro de velocidad.
Fuente: pruebaderuta, autopista, [11, 12] Figura 2. Oficial verificando la velocidad de los vehículos con pistola de radar (izq.) y arco para registro automático de velocidades (der.)
Gobernadores de la velocidad Como alternativa para facilitar a los conductores de vehículos comerciales la tarea de mantener una velocidad dentro de los límites de velocidad y, así, evitar las posibles multas, surgieron los gobernadores o limitadores de la velocidad, cuya función es impedir que se sobrepase una velocidad preestablecida en el vehículo, actuando sobre el desempeño del motor. Los limitadores pueden ser pasivos, cuya función es advertir o informar, mediante una señal acústica y/o auditiva, cuando se ha excedido la velocidad preestablecida; o activos, que operan para no permitir que se sobrepase el límite establecido. Los primeros dispositivos utilizados en los motores eran de control mecánico y la acción limitadora era tan simple como un tope en el pedal del acelerador, que le impedía ser presionado a fondo. Posteriormente, se desarrollaron sistemas con acción sobre la bomba de inyección de combustible para regular el flujo y, de esa manera, controlar la velocidad de giro del motor. Con la evolución de los motores hacia el control electrónico, los limitadores actuales son igualmente controlados electrónicamente. Están disponibles como módulos independientes que se conectan a la unidad de control del motor (ECU, por sus siglas en inglés) o, incluso, con opción de instalarlo en la ECU para evitar que se pueda deshabilitar o modificar por personal no autorizado. La Figura 3 esquematiza los componentes de un sistema de limitación de velocidad que cuenta con un control electrónico que utiliza la información del tacógrafo acerca de la velocidad y, de acuerdo a su programación, manda señales al actuador para regular el flujo de combustible al motor. Ejemplo de un sistema de mayor sofisticación es el de velocidad inteligente (ISA, por sus siglas en inglés) que tiene la capacidad de adaptar el límite de velocidad de acuerdo al camino por el que se circula, [13].
Fuente: TACOVAL, [14] Figura 3. Esquema de componentes de un limitador de la velocidad electrónico
Además de ayudar a evitar las multas por exceso de velocidad, los limitadores tienen gran potencial para aportar mejoras a la seguridad en las carreteras, por lo que en algunas regiones del mundo se estableció como obligatorio su uso. Tal es el caso de Europa, donde en 1992 se publicó la Directiva 92/24/CEE que obligó a instalar estos dispositivos en todos los camiones y autobuses con peso bruto vehicular de diseño (PBVD) mayor de 12 toneladas, especificando 90 km/h como velocidad máxima para camiones y 100 km/h para autobuses, [15]. Posteriormente, en el 2005 se extendió este requerimiento para todos los vehículos de carga con PBVD mayor a 3.5 toneladas y vehículos de pasajeros con 9 o más asientos. Recientemente, entraron en vigor nuevas disposiciones, que establecen la obligatoriedad de equipar sistemas ISA para todos los vehículos de nueva homologación a partir de julio del 2022 que, en el 2024, se extendió para todos los vehículos nuevos, [16]. En Australia los limitadores son obligatorios y la velocidad máxima es de 105 km/h, mientras que, en Singapur, los vehículos de carga con PBVD de más de 12 toneladas y los autobuses de más de 10 toneladas deben contar con limitador con una velocidad establecida de 60 km/h, [17]. En Japón se obliga al uso de limitadores en vehículos comerciales con una velocidad máxima de 88 km/h (55 mph), mientras que el límite establecido es de 104 km/h (65 mph) en las provincias de Ontario y Quebec, en Canadá, donde también se tiene este requerimiento. En los Estados Unidos, tanto la Administración Nacional de Seguridad en Carreteras como la Administración Federal de Seguridad de los Autotransportistas (respectivamente NHTSA y FMCSA, por sus siglas en inglés), han estado trabajando desde hace algunos años en una reglamentación al respecto, la cual propone el uso obligatorio de limitadores de velocidad en todos los vehículos con PBVD de 26000 lb (11.8 ton) o más, en la cual se analizan límites de 60, 65 o 68 mph (96, 104 o 108.8 km/h), [18]. Esta legislación, que se espera entre en vigor a mediados del 2023, ha dividido las opiniones de los transportistas, ya que mientras la Asociación Americana de Camiones la ve con buenos ojos, la Asociación de Conductores Independientes (los hombre-camión) están en desacuerdo con la limitación de la velocidad, [19]. Con respecto a México, en la NOM-SCT-2-012-2017 se establece el control de la velocidad a un máximo de 80 km/h, a través de la computadora del motor, que aplica sólo para tractocamiones que sean empleados en configuraciones doblemente articuladas, [20]. Sobre el efecto de los limitadores de velocidad en la seguridad, un estudio realizado por la FMCSA concluyó que, en colisiones en condiciones de alta velocidad, participó el doble de camiones sin gobernador de velocidad que aquellos que sí lo tenían, [21]. Estudios similares publicados por el Ministerio de Transporte de Ontario, Canadá, mostraron que, después de entrar en vigor la obligación del uso de limitadores de la velocidad, hubo una reducción del 73% de accidentes relacionados con la velocidad ocasionados por camiones y de 24% en las muertes en todos los accidentes donde hubo camiones involucrados, [22]. Sistemas de frenos auxiliares Los descensos por carreteras con pendientes prolongadas representan situaciones de riesgo por el incremento de velocidad por efecto de la gravedad, principalmente para los vehículos de grandes pesos. Ante un escenario de ese tipo, los conductores se ven en la necesidad de aplicar constantemente los frenos de servicio (fricción) para mantener una velocidad controlable, lo que genera calor en las balatas y discos o tambores de las ruedas afectando su efectividad. Adicionalmente, la demanda frecuente de aire comprimido para el accionamiento del sistema de frenos de servicio puede rebasar la capacidad de almacenamiento y suministro del vehículo, impidiendo su adecuado funcionamiento. En México han ocurrido accidentes graves con vehículos pesados que presentan falla de los frenos en carreteras con pendiente descendientes. Es posible identificar tramos carreteros con alta incidencia de este tipo de accidentes a lo largo y ancho del territorio nacional. Por ejemplo, en la carretera 57 (autopista México-Querétaro) se ubican dos tramos en la dirección hacia la ciudad de Querétaro con alta incidencia de accidentes; uno es el tramo conocido como “Cuesta China”, que comprende del km 203 al 208 justo a la entrada de la ciudad, con una pendiente variable que alcanza hasta un 5 % en algunas partes. Otro tramo se ubica después de la caseta de cobro Palmillas, cuyo descenso llega hasta la ciudad de San Juan del Río. En el 2022 se contabilizaron 47 accidentes en el descenso de la Cuesta China, mientras que en el tramo de San Juan del Río se registraron 87 accidentes, [23]. La Figura 4 presenta uno de esos casos, ocurrido en la Cuesta China.
Fuente: Plaza de Armas, [24] Figura 4. Accidente involucrando a vehículo de carga en la Cuesta China
De acuerdo a las estadísticas, se estima que el 40 % de los accidentes con vehículos de carga en el país ocurren en tramos carreteros con pendientes, de los cuales dos terceras partes son en el descenso. Así mismo, el 60% de volcaduras ocurrieron en dichos tramos con pendiente. La principal causa de los accidentes en descenso es la falla de los frenos de servicio, [25]. Los sistemas de frenos auxiliares son una alternativa para los vehículos pesados, cuyo propósito es aminorar el trabajo de los frenos de servicio, como en el caso de descenso por caminos inclinados, permitiendo que se mantengan en condiciones de ser empleados en situaciones que requieran mayor potencia de frenado. Los sistemas de frenos auxiliares existentes se dividen básicamente en dos grupos: los que actúan restringiendo la operación del motor (frenos de motor) y los que actúan en la transmisión o sobre otros componentes del tren motriz (retardadores). Frenos de motor Estos sistemas surgieron desde hace algunas décadas aprovechando el principio de operación por compresión de los motores diésel. Dos tipos comunes de frenos de motor son el freno de escape (EBS, por sus siglas en inglés) y el freno Jacobs (también conocido como freno Jake). Su función consiste en hacer que el motor, en lugar de generar energía, se convierta en una carga, recurriendo a métodos diferentes. · Freno de escape. Este sistema consiste de una válvula de mariposa que se coloca a la salida de los gases de la combustión, generalmente después del turbocargador. Al cerrarse genera una restricción a los gases de salida de la cámara de combustión y produce, de esa manera, una fuerza de oposición sobre los pistones que reduce la velocidad de rotación del motor, [26]. La Figura 5 esquematiza el funcionamiento de este freno, donde se observa la ubicación de la válvula de mariposa posterior al turbocargador y su acción de restringir o permitir el flujo de salida de los gases de escape.
Fuente: youtube, [27] Figura 5. Funcionamiento del freno de escape
· Freno Jacobs. Este es el sistema de frenos auxiliares más ampliamente equipado en los vehículos pesados que, a diferencia del freno de escape que inhibe el desplazamiento de los pistones hacia arriba, el freno Jake restringe el retorno hacia abajo al generar presión negativa absorbiendo así parte de la energía cinética del movimiento del vehículo. Esto se lleva a cabo abriendo la válvula de escape cuando el pistón tiene su recorrido ascendente que empuja el aire a salir de la cámara de combustión y, con esta acción, genera el vacío en la parte inferior del pistón, lo cual restringe su carrera de regreso. Este sistema genera alta potencia de frenado, pero también elevados niveles de ruido, que es su principal desventaja. Debido a esa razón, su uso se restringe en zonas habitadas e, incluso, en áreas de montañas nevadas, ya que puede producir avalanchas de nieve, [26].
Fuente: Ingeniería y Mecánica Automotriz, [28] Figura 6. Funcionamiento del freno Jacobs
Ambos sistemas de frenos pueden utilizarse de forma complementaria, de manera que el freno de escape ayuda a reducir el ruido generado por el freno Jacobs. Retardadores Los retardadores van colocados normalmente en la caja de cambios o en la flecha cardán, por lo que su operación es independiente del motor y del sistema de frenos de servicio. Los más comunes operan bajo el principio de operación con un fluido hidráulico o por campos electromagnéticos. · Retardador hidráulico. Aprovecha el direccionamiento del flujo de un líquido por medio de álabes o paletas para generar oposición a la rotación del eje. En general, consiste de un conjunto estator-rotor acoplado a la flecha de salida de la caja de transmisión, ver Figura 7. Entre estos dos componentes circula un fluido en una cantidad determinada cuya fuerza de arrastre, de acuerdo a la dirección de las paletas, se transmite al rotor para generar el efecto de frenado, [29]. Aunque su operación no genera ruido, el fluido incrementa su temperatura, por lo que se debe disponer de un sistema de enfriamiento que, por lo general, es el mismo con que cuenta el vehículo para controlar la temperatura del motor.
Fuente: Área Mecánica. Ingeniería Mecánica (2012), [29] Figura 7. Funcionamiento del Retardador hidráulico o hidrodinámico
· Retardador electromagnético. Este dispositivo funciona por medio de la interacción de campos electromagnéticos opuestos generados por un estator y un rotor debido al principio de corrientes de Eddy. La interacción entre estos campos electromagnéticos genera oposición al giro del rotor, que se encuentra conectado directamente a la flecha cardán del vehículo. Debido a que no hay contacto entre sus componentes, no hay frenado por fricción ni desgaste de piezas; sin embargo, por el trabajo de frenado se produce gran cantidad de calor en el sistema que debe ser disipado, comúnmente por medio de ventilación forzada producida por el rotor, a través de discos o álabes que generan un flujo de aire para su enfriamiento. La intensidad de los campos magnéticos es activada y controlada por el operador, de acuerdo a la demanda de frenado, [30]. La imagen de la Figura 8 ilustra los componentes de un retardador electromagnético, que es acoplado al eje de transmisión al diferencial, mejor conocido como flecha cardán.
Fuente: Frenelsa (2019), [30] Figura 8. Funcionamiento del Retardador hidráulico o hidrodinámico
Dada la evidencia de los beneficios de los sistemas de frenos auxiliares en los grandes vehículos de carga o pasaje, en Europa es obligatorio que todas las unidades de 10 ton o más de PBVD cuenten con algunos de estos sistemas. De conformidad con la Directiva 71/320/EC como en la Regulación de las Naciones Unidad UNECE 13, su capacidad de frenado debe ser suficiente para que el vehículo pueda recorrer una distancia de 6 km en descenso a lo largo de una pendiente del 7 %, sin exceder una velocidad de 30 km/h ni aplicar los frenos de servicio, [31]. Para México, la NOM-012-SCT-2-2017 establece que todos los autobuses, camiones unitarios y tractocamiones con PBV a partir de 7257 kg, deben contar con un freno auxiliar y, para el caso de tractocamiones utilizados en configuraciones doblemente articuladas, el freno auxiliar deberá ser libre de fricción. Sin embargo, la norma actual no especifica las características de operación ni las capacidades requeridas de potencia de frenado, como tampoco requerimientos de evaluación, aunque se espera que futuras normas lo contemplen. Conclusiones Sin lugar a dudas, el transporte de carga y pasaje por carreteras representa una actividad preponderante para el desarrollo y bienestar del país. Sin embargo, es de suma importancia que esta actividad se lleve a cabo con adecuados niveles de seguridad vial, por el riesgo que supone el movimiento de un vehículo de grandes pesos y dimensiones. En ese sentido, es importante el uso de los avances tecnológicos en aras de reducir las situaciones de riesgo, como las inherentes al circular a exceso de velocidad y la falla de sistemas primordiales como el de los frenos de servicio. A nivel mundial, los limitadores de velocidad y los sistemas de frenos auxiliares han mostrado que pueden ser un gran aporte para reducir los accidentes viales y su severidad, que involucran vehículos pesados, cuyo uso obligatorio debe ser considerado en la normativa nacional. Aunque actualmente los limitadores de la velocidad sólo son obligatorios en los tractocamiones que formen parte de una configuración doblemente articulada, y los frenos auxiliares lo son para todos los vehículos con PBV a partir de 7257 kg, no se especifican sus características ni capacidades. En este sentido, su equipamiento debe extenderse a todas las configuraciones de vehículos de autotransporte, además de que es importante que se establezcan los procedimientos necesarios para verificar su instalación y adecuado funcionamiento, lo que contribuirá, así como su inclusión en todos los vehículos en circulación, sin importar su antigüedad, para que el número de siniestros y su severidad disminuyan. Referencias 1. 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